JP4352498B2 - パターン露光方法とこれに用いる処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体装置の製造プロセス等におけるフォトリソグラフィ工程で用いて好適なパターン露光方法に係わる。
【0002】
【従来の技術】
近年、例えばロジック部とメモリ部とを混載させたシステムLSI(大集積回路)等の、共通の半導体チップに、多数の機能を有する部分を形成するいわゆるシステムLSIの開発が目覚ましい。
この場合、例えばメモリ部を構成するDRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ)においては、セル部の繰り返しパターンが形成され、ロジック部においては、ゲートの配列による、メモリ部とは線幅、間隔が相違する密度の小さいパターンとなる。
【0003】
一方、半導体装置の製造においては、フォトリソグラフィを用いて各部の微細パターン形成がなされるが、上述したシステムLSIの製造においては、そのフォトリソグラフィのプロセスにおける露光を、同一レイヤーで異なる密度、形状のパターン露光に関して同一露光条件下で行うことが必要となる。
【0004】
本来、目的とするパターンを、フォトリソグラフィによって正確に得るには、そのパターン密度、パターン形状に応じた最適露光条件の設定、すなわち露光光源の選定、光学系の光学特性設定、露光量の選定、用いる露光マスクの特性の選定、フォトレジストの選定、マスクバイアスの選定等による最適露光条件の設定がなされる。そして、前述したように、同一レイヤーで密度、形状が相違するパターンを得る場合、通常、全パターンに関して、最も良い条件下で、フォトレジスト層に対する露光、現像を行って、最もマスクリニアリティーが良く、焦点深度や、露光量等の裕度の大きい条件を探し出してフォトレジスト層に対して全パターンに関する露光を行うという方法が採られている。
【0005】
このような方法による場合、使用する条件が、異なるパターン密度、形状の同一露光条件による解像に対応しているものの、焦点深度・露光量の裕度を確保できないという危険性がある。また、マスクの選定における、位相シフトマスクや、変形照明の本来の目的である解像力、プロセス裕度の向上という効果小さくしてしまうことから、量産的製造において歩留りの低下を来すという問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、例えば上述したシステムLSI等の半導体装置の製造プロセス等における例えばフォトリソグラフィプロセスのパターン露光において、同一レイヤーにおいて、密度、形状の異なるパターンを、プロセス裕度を確保しながら、すなわちこれらパターンを、共に高解像度をもってパターン露光することができるようにする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明によるパターン露光方法は、目的とする露光パターンが、一様性でないパターン密度、パターン形状を有するパターン露光に当たり、先ず、目的とする露光パターンを、ほぼ同一密度、同一形状のパターン部分に分割抽出する作業を経るものである。また、パターン部分に分割抽出する作業工程後に、分割抽出パターン部分についてそれぞれ露光最適条件を求める作業工程を経るものである。また、分割抽出パターン部分についての露光最適条件のうち最も裕度の小さい、抽出パターン部分を選出する作業工程を経るものである。最も裕度の小さい、抽出パターン部分の露光最適条件を、他の抽出パターンに用いるに際し、最適露光量を、光近接効果補正によって合せ込む作業工程を経るものである。
【0008】
すなわち、従来においては、目的とする露光パターンが、一様性でないパターン密度、パターン形状を有するパターン露光を行う場合、全露光パターンに関して、できるだけ適切な条件下での露光を行っている。これに対し、本発明においては、目的とする露光パターンを、ほぼ同一密度、同一形状のパターン部分に分割抽出する作業を経るものであり、このようにして各パターンの露光の最適化を確実に行い、最もプロセス裕度の小さいパターン部分の露光条件を、他のパターン部分にも使用する。その際、マスクバイアス光近接効果補正を行い、最適露光量を一致させる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明による一実施形態を図1のフロー図を参照して説明する。この実施形態においては、例えば半導体装置の製造プロセスにおけるフォトレジストに対するパターン露光を行う場合である。
【0010】
先ず、目的とする露光パターン、すなわち同一レイヤーにおける露光パターンが、一様性でないパターン密度、パターン形状を有するパターンの露光を行うに当たり、ほぼ同一密度、同一形状のパターン部分に分割抽出する作業、具体的には同一レイヤーのパターンを同一線幅、同一ピッチのパターンA,B,C・・・に分割抽出する(作業I)。
【0011】
次に、分割抽出した各パターン部分A,B,C・・・についてそれぞれ最大の露光量の裕度と焦点深度の裕度からなるウインドウ(window) 、いわゆるED(Exposure Defocus) −ウインドウを得る露光最適条件を決定する。具体的には、使用フォトレジストを決定し、最適の露光条件、すなわち露光光学条件、照明条件、露光量等の露光作業条件を決定し、更にマスクバイアスを決定する(作業II)。
【0012】
次に、これらパターン部分A,B,C・・・関するED−ウインドウのうち最小のED−ウインドウ、すなわち最小の裕度となる抽出パターン部分、図1においてはパターンAを選出する(作業 III)。
【0013】
そして、この最も小さいED−ウインドウに他のパターンのED−ウインドウを合わせ込む。つまり、パターンAの露光最適条件を、他の抽出パターンにおいても使用し、光近接効果補正いわゆるOPC(Optical Proximity effect Correction) によって合せ込み、全パターンに渡る露光最適条件を得る(作業IV)。
この条件によって、上述のレイヤーに係わる全パターンの露光、すなわちフォトレジスト層に対するパターン露光を行う。
その後は、例えばフォトレジスト層の現像、更に例えばこのパターン化されたフォトレジスト層を用いて半導体製造プロセスにおける例えばこのパターン化されたフォトレジスト層をエッチングマスクとするパターンエッチング等を行う。
【0014】
次に、本発明を、0.2μmのゲート長を持つDRAMによるメモリ部とロジック部とを混載するLSIに適用する場合の一例を挙げて説明する。
実施に当たり、目的とするパターンについて、パターンAとBとに抽出分割した。すなわち、0.2μmの線幅によるいわゆる孤立パターン(以下isoとする)によるロジック部ゲートに対応するパターンAと、線幅が0.2μmでピッチが0.5μmのいわゆるライン・アンド・スペース・パターン(以下L/Sとする)によるDRAM部ゲートに対応するパターンBとを用意した。
【0015】
これらパターンAおよびBに関する露光作業条件、すなわち露光光学条件、照明条件、露光量等の露光作業条件、マスク条件等の最適化を行った。
この例における被露光体は、Si基板上に、反射防止膜の日産化学(株)製のDUV42を厚さ70nmにスピンコートした膜とした。
この膜上に、フォトレジスト層を塗布した。このレジストは、JSR(株)製のK−1092の、t−BOC系化学増幅型レジストを用いた。
このレジストのコーター・デベロッパーは、東京エレクトロン(株)製ACT8を使用して厚さ540nmの厚さに、回転数3380rpmでスピンコートした。その後、このレジストを、90℃で60秒間のプリベークを行った。
露光装置(ステッパー)は、ニコン製NSR−2205EX12Bを用いた。
この露光の後、105℃で90秒間のポストエクスポージャーベークを行い、TMAH(テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド)の2.38%現像液によってパドル現像を60秒間行い、純水リンス後90℃で100秒間のポストベークを行った。
【0016】
図2〜図5は、線幅を、0.20μm±0.02μmとするときの、各マスク条件および照明条件を設定して求めたフォーカスと露光量(規格化した値)との裕度の最大範囲を求めた結果を示し、WはそのED−ウインドウを示す。各A図は、isoパターンの場合、各B図はL/Sパターンの場合である。各図AおよびBにおいて、曲線1aおよび2aは線幅0.22μmが得られる境界線、曲線1bおよび2bは線幅0.18μmが得られる境界線を示す。すなわち曲線1aと1bとの間、および2aと2bとの間が、0.22μm±0.002μmの範囲となる。
【0017】
この場合用いた露光装置は、N.A.(開口数)=0.55、σ(照明光学系と投影光学系の開口数の比、すなわち光源と投影光学系の瞳の半径比)=0.80であり、図2は、マスクとしてHTPSM(Half Tone Phase Shift Mask) を用い、1/2遮光の輪帯照明によった場合、図3は、HTPSMを用い、通常照明によった場合、図4は、通常のマスクいわゆるBIM(Binary Intensity Mask) を用い、上述した1/2輪帯照明によった場合であり、更に図5は、BINを用い、通常照明によった場合である。
【0018】
表1は、図2〜図5による各マスク条件および照明条件におけるisoパターンおよびL/Sパターンに関する露光裕度(%)とフォーカス深度(DOF:Depth of Focus(μm))を示したものである。
【0019】
また、表2は同様の各マスク条件および照明条件における最適露光量Eopt の差を示したものである。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】
図6A〜Dは、それぞれ図2〜図5におけるisoのED−ウィンドウとL/SのED−ウィンドウの共通するウィンドウを示すもので、この場合の各マスク条件および照明条件における共通ED−ウィンドウの露光裕度およびDOFを表3に示す。
共通するED−ウィンドウは、図6Bに示す通り、HTPSMと通常照明の組み合わせによるとき最大となり、従来方法では、これを最適条件として、次のステップとしてマスクバイアスOPCを用いることとなる。この場合、表2に示す通り、EOpt の差が小さいため、マスクバイアスOPCによる裕度の向上はない。
【0023】
【表3】
【0024】
本発明においては、図2で示すように、isoパターンおよびL/Sの両パターンが共に、最も大きいED−ウィンドウを示す露光条件、すなわち、HTPSMを用い、1/2遮光の輪帯照明を用いる。そして、更に、この場合において、各パターンのED−ウインドウ同士を比較して最も小さいED−ウインドウ(この例においては、図2AのisoパターンのED−ウインドウ)に、他のパターン(この例においては、図2BのL/Sパターン)に関してマスクバイアスOPCを用い、図7に曲線3aおよび3bでその範囲を示すように、このL/Sパターンの最適露光量をisoパターンの最適露光量に近づけた。L/Sパターンは、isoパターンに比し、最適露光量が4.9mJ/cm2 高いため、マイナスバイアスを掛けることで最適露光量をisoパターンにおける最適露光量に近づけることができる。この場合、マスク0.18μm、ターゲット0.20μmのバイアスOPCによって、L/Sに関する最適露光量は、40.4mJ/cm2 となり、isoパターンに関する最適露光量に近づけることができた。
【0025】
この場合、L/S単独でのED−ウインドウは若干劣化することになるが、isoとL/Sの共通ED−ウインドウは、図7に示すように広くなる。
これは、従来手法により設定した図6BのED−ウィンドウと比して、広くなっている。
【0026】
表4に、そのHTPSMと1/2遮光の輪帯照明を用いたときのOPC適用なしの場合と、OPC適用した場合と、更に従来方法により選択されたHTPSMと通常照明を用いた場合における露光裕度およびDOFを対比して示す。
【0027】
【表4】
【0028】
上述したところから明らかなように、本発明方法によるパターン露光方法によれば、従来に比して大きな焦点深度・露光量裕度を確保することができことから、同一レイヤーで異なる密度のパターンを有する場合においても、すぐれた解像、高い精度をもっってパターン露光を行うことができる。
したがって、半導体装置の製造、例えば前述のメモリ部とロジック部とを混載する、すなわち同一レイヤーで異なる密度、形状のパターンを有する場合において、その製造過程におけるフォトリソグラフィ工程に適用して、良好なパターン露光を行うことができることことから、量産製造において、歩留りの向上と更に製品における信頼性の向上を図ることができる。
【0029】
次に、本発明によるパターン露光方法を実施するための処理装置の一例の構成図を示す図8を参照して説明する。
この装置は、例えばパターンデータ入力部11と、同一密度、同一形状パターンを検出するパターン検出部12と、プロセッシングシミュレーション手段14と、条件設定手段15と、判定部16と、マスクバイアス作用部17と、出力部18とを有して成る。
【0030】
すなわち、この装置においては、パターンデータ入力部11に、目的とする同一レイヤーにおける露光パターンのパターンデータが入力され、これからのデータによってパターン検出手段12において、それぞれ同一密度、同一形状を有するパターンに組分けされたパターン、すなわち前述した作業Iに相当するパターンA,B,C・・・の分割パターンを得る。
【0031】
この各検出されたパターンA,パターンB・・・のデータを、プロセッシングシミュレーション手段14に入力し、これによって、全ての露光作業条件、例えばN.A.,σ,照明条件、焦点距離、露光量、マスクバイアス、マスク種、レジスト材料を用いて光強度演算を行って全てについてのプロセスシミュレーションを行う。
このようにしてパターンA,パターンB・・・関する計算結果に基いて、条件設定手段15によって、上述した全ての露光作業条件、例えばN.A.,σ,照明条件、焦点距離、露光量、マスクバイアス、マスク種、レジスト材料の設定を行う。すなわち、前述した作業IIに相当する作業がなされる。
【0032】
そして、判定部16よって、最小裕度のパターンすなわち前述の例では、パターンAを判定する、前述の作業 IIIに相当する作業を行う。
【0033】
そして、マスクバイアスOPC作用部17によって判定部16によって判定された最小裕度のパターンAにおける最適条件を、これ以外のパターンについても用い、組み合わせ計算を行い、裕度が最大となるマスクバイアスOPCを作用させる、前述の作業IVに相当する操作を行う。
このようにして得た情報を出力部18から取り出す。
【0034】
しかしながら、本発明によるパターン露光に用いる処理装置は、上述した例に限られるものではない。
【0035】
また、上述した例では、目的とするいわゆるライン系パターンによる露光パターンを得る場合について説明したが、他の各種パターンの組み合わせによる露光パターンに本発明を適用することができる。
【0036】
【発明の効果】
上述したように、本発明方法によるパターン露光方法によれば、従来に比して大きな焦点深度・露光量を確保することができことから、同一レイヤーで異なる密度、形状のパターンを有する場合においても、すぐれた解像、高い精度をもっってパターン露光を行うことができる。
したがって、半導体装置の製造、例えば前述のメモリ部とロジック部とを混載する、すなわち同一レイヤーで異なる密度、形状のパターンを有する場合において、その製造過程におけるフォトリソグラフィ工程に適用して、良好なパターン露光を行うことができることことから、量産製造において、歩留りの向上と更に製品における信頼性の向上を図ることができる。
【0037】
また、本発明装置によれば、上述した本発明方法の実施を可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるパターン露光方法の一例の作業フロー図である。
【図2】本発明方法の一作業工程におけるHTPSMと1/2輪帯照明を用いた場合の露光量とフォーカス裕度を示す図で、A図は、線幅0.2μmの孤立パターンの場合、B図は線幅0.2μmのライン・アンド・スペース・パターンの場合である。
【図3】本発明方法の一作業工程におけるHTPSMと通常照明を用いた場合の露光量とフォーカス裕度を示す図で、A図は、線幅0.2μmの孤立パターンの場合、B図は線幅0.2μmのライン・アンド・スペース・パターンの場合である。
【図4】本発明方法の一作業工程におけるBIMと通常照明を用いた場合の露光量とフォーカス裕度を示す図で、A図は、線幅0.2μmの孤立パターンの場合、B図は線幅0.2μmのライン・アンド・スペース・パターンの場合である。
【図5】本発明方法の一作業工程におけるBIMと1/2輪帯照明を用いた場合の露光量とフォーカス裕度を示す図で、A図は、線幅0.2μmの孤立パターンの場合、B図は線幅0.2μmのライン・アンド・スペース・パターンの場合である。
【図6】A〜Dは、各マスク、照明条件における露光量とフォーカス裕度を示す図である。
【図7】本発明方法の一例における2つのパターンの露光量とフォーカス裕度を示す図である。
【図8】本発明方法に用いる処理装置の一例の構成図である。
【符号の説明】
11・・・パターンデータ入力部、12・・・パターン検出部、14・・・プロセシングシミュレーション手段、15・・・条件設定手段と、16・・・判定部、17・・・マスクバイアス作用部、18・・・出力部
Claims (2)
- 目的とする露光パターンが、一様性でないパターン密度、パターン形状を有するパターン露光に当たり、上記目的とする露光パターンを、ほぼ同一密度、同一形状のパターン部分に分割抽出する作業工程、
上記パターン部分に分割抽出する作業工程後に、上記分割抽出パターン部分についてそれぞれ露光最適条件を求める作業工程、
上記分割抽出パターン部分についての露光最適条件のうち最も裕度の小さい、抽出パターン部分を選出する作業工程、
上記最も裕度の小さい、抽出パターン部分の露光最適条件を、他の抽出パターンに用いるに際し、最適露光量を、光近接効果補正によって合せ込む作業工程
を経ることを特徴とするパターン露光方法。 - パターンデータ入力部と、
パターンデータに基いて同一密度、同一形状のパターンを検出するパターン検出部と、
上記パターン検出部からの各検出パターンについて露光に係わる条件を用いて露光シミュレーションを行うプロセシングシミュレーション手段と、
これにより露光作業の条件設定を行う条件設定手段と、
最小裕度のパターンを判定する判定部と、
該判定部によって判定された最小裕度のパターンにおける最適条件を、該パターン以外のパターンについて用い、組み合わせ計算を行い、裕度が最大となるマスクバイアスを光近接効果補正作用させるマスクバイアス光近接効果補正作用部と、
出力部とを有してなることを特徴とするパターン露光に用いる処理装置。
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